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无人机倾斜摄影测量技术在建筑测绘中的应用

发表时间：2021/7/1 来源：《建筑科技》2021年7月上作者：邢壮

[导读] 随着无人机技术的不断发展，建筑摄影已经成为无人机航拍领域中较为常见的拍摄类型。而无人机航拍和传统相机拍摄在建筑摄影中的运用有着很大的差别。

身份证号码：220303199******X 邢壮

摘要：随着无人机技术的不断发展，建筑摄影已经成为无人机航拍领域中较为常见的拍摄类型。而无人机航拍和传统相机拍摄在建筑摄影中的运用有着很大的差别。文章从拍摄前期（勘景、为地面摄影师寻找最佳拍摄位置）、中期（视角的自由选择、纵深距离塑造空间感、透视关系、垂直高度、水平位置、光影关系的呈现、画面构成关系的组织）以及后期三个方面来浅析无人机航拍在建筑摄影中的运用。
关键词：倾斜摄影；三维建模；不动产测绘技术
        引言
        建筑物立面测量，即根据需要将建筑物从各个不同方向，测出目标的俯视图和正立面图、侧立面图，以真实反映出建筑物各个部位在立面图上的关系位置及其尺寸，其效果类似照片。随着测绘方法和仪器的发展，传统二维信息的表达已经不能满足人们的需求，人们需要更加直观的三维信息的呈现，各种三维建模技术应运而生。目前主流的三维建模方法有三种：通过全站仪外业测量后用ＣＡＤ进行三维建模；通过三维激光扫描仪的三维建模；通过无人机倾斜摄影测量的三维建模。ＣＡＤ建模是最为传统和古老的建模方法，该方法外业测量任务繁重，内业数据处理需耗费大量人力和时间成本。三维激光扫描仪的建模方法外业测量相对简单，三维建模精度非常高，但是内业点云数据量非常大，处理起来很不容易，并且三维激光扫描仪的成本太高，一般的单位负担不起，不适合大范围的推广使用。无人机倾斜摄影测量技术是近几年发展起来的新的测量手段，具有方便快捷的优点，并且外业和内业的操作都不是很难，成为了一种低门槛高效率的三维建模方法，得到全行业范围内的大力推广，并且深受测绘工作者的青睐。
        1概述
        随着航测领域中测绘技术的发展与进步，不同类型的新型测绘技术在逐渐地被运用在各种测绘工程中。通过这一类新型的测绘技术，为测绘领域中的工作带来了便利，提供了更多的现代化与自动化。在倾斜摄影三维建模，利用多种传感器，可以迅速对被测物数据的收集，并且相对于传统的测绘方式来说，获得数据的精准度更高。不动产测绘中不断引入进新型技术，为传统测量手法注入了新鲜的血液，并且具有完整的、精准的特征，从而促使不动产的评估与以往相比更加全面与科学。
        2无人机倾斜摄影测量技术在建筑测绘中的应用
        2.1纹理数据预处理
        通常情况下，一个模型会对应几百张、几千张影像，需要通过适当的预处理将质量较好的影像筛选出来并完成纹理贴图。此次研究通过可见性分析、遮挡检测等手段对纹理数据进行预处理。(1)可见性分析。设相片中心到摄影中心之间的线段为OS，设模型上多边形的法线为ON，OS与ON之间的夹角为θ，通过夹角θ能够对影像在该面片上是否可见加以判断。若θ处于0°～90°，则说明该三角面片在影像上可见。影像可见性分析原理如图3所示。(2)遮挡检测。设地面点为A，设摄影中心为S，将AS投影在地面上的线段记为OA，线段OA也可称为搜索线。根据高程射线追踪算法的基本原理，若射线OA上不存在高于摄影光线的点，则说明影像可见。
        2.2勘景
        在摄影中，主体是一张照片最重要的组成部分，无论是建筑摄影还是产品摄影，抑或是人像摄影，主体都是不可缺失的。

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相对于其他种类的摄影来说，建筑摄影因其较为庞大和固定的主体而显得尤为特殊，它的主体可以是一座剧院、一座音乐厅、一幢摩天大楼，也可以是一片建筑群、一组建筑体系。通常在建筑摄影拍摄前期，建筑摄影师会先对拍摄主体进行实地勘景，对主体所处地理位置、主体的周边环境、主体随光线变化情况等进行勘查。对建筑摄影师来说，前期的勘查工作十分重要，它决定着后面拍摄任务是否能顺利推进。然而庞大的主体和复杂的城市规划给建筑摄影师在拍摄前期的勘景带来了一定的困难。在过去，大多数摄影师都是通过查看手绘的建筑鸟瞰图或者是建筑的素描图来对建筑主体进行了解，而航拍无人机的出现很好地解决了这个难题。通过操控无人机将摄影师的视角带上高空，摄影师可以站在地面原地不动地从各个方位观察主体建筑以及和主体建筑周围的陪体的关系，这大大地提高了摄影师勘景的效率，也让摄影师快速有效地对拍摄的主体有一个大致的了解。除此之外，充分利用无人机进行前期勘景，还可以观察建筑在不同光线、不同时间段下表现出的不同质感，这些都为接下来的拍摄奠定基础，以及为可能遇见的问题做好准备。
        2.3利用3DTiles、GLTF的设计思想
        在三维建模中的很多加载器已经实现了三维格式之间的通用加载，并且将不同格式之间数据的结构差异进行了屏蔽。但在目前不动产测绘的发展中，已经不合其需求了。如果需要建立一个很大场景的模型，其文件的体积不发生变化，那么过程中分析的时间就会增加。鉴于这种情况，三维图形界的通用格式GLTF就此产生，这将利用图形的编程需求格式对数据进行储存，并且利用二进制的编码将传输的速度提快。GLTF的渲染特点对较大规模的地上、地下以及室内一体化房产模型建筑，可以做到三维数据的组织、分层次的细节建设模型、对模型中的数据进行属性分析、建筑物的层级数据模型分析和建设。在不动产测绘中的三维建设中，利用3DTiles嵌入GITF的渲染性能，做好空间的逻辑关系以及各个数据的属性信息、模型与属性之间如何接连在一些的信息。
        2.4视角的自由选择
        航拍无人机在拍摄前期的勘景以及为摄影师寻找最佳拍摄位置都是为了拍摄中期做铺垫。在摄影中，视角是很重要的影响因素之一。在拍摄过程中，哪怕是最细微的视角方位的变化，都会对画面构图、物体透视以及最后的成片有很大影响。因此在拍摄中，视角的选择就变得尤为重要。在建筑摄影中，一个最主要的目标就是能够做到视角化地呈现一幢大楼或者一座建筑物。在这种情况下，如果还是沿用传统的拍摄工具和手法，就会被限制在以地面为基础的视角上，而航拍无人机可以脱离这种限制，它可以在不同的垂直高度飞行，从而给摄影师带来不同的拍摄视角和拍摄效果。又因为无人机可以飞行靠近拍摄的主体，因此拍摄也会变得更精确。另外，无人机小巧的机身确保它可以穿梭、渗透在复杂的、难以通过的地区，例如：树林密集的地区，高大的树木包裹围绕了拍摄的主体等情况。这时候无人机就可以充分发挥它的优势和特点，可以轻松实现镜头平移、近景拍摄、持续拍摄甚至是完美地构建出主体框架等传统建筑摄影难以完成的操作。
        结语
        本文对建筑物立面测量进行研究，提出了立面三维建模过程中可能存在的问题，并通过实验论述了无人机倾斜摄影立面测量的具体实施步骤，探讨了在对建筑物立面进行三维建模时可能影响模型效果的因素，通过影像增强来对模型修复，最终得到质量非常好的模型。证明了使用无人机进行建筑物立面测量具有可行性，为立面测量提供了一种可参考的解决方案。
参考文献
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